(57)【要約】【課題】表面に錆、塗装膜のような付着物が付着して凹凸面が形成されている鋼板等の物体の厚みを高精度に測定することにある。【解決手段】送受信素子８を装着すると共に該送受信素子８と先端部との空隙に超音波伝導率の良い液体を封入したしたホルダ９と、前記ホルダ９を固定し、両側に首振り固定軸４が突出された首振り治具５と、前記首振り固定軸４が回動自在に装着されるアーム部３ａを有し、前記首振り治具５を傾動自在に支持するスライダ３と、前記スライダ３を上下スライド機構２を介して上下動自在且つ下向きに付勢して支持する垂直固定治具１と、前記首振り治具５と前記アーム部３ａとの間に介装されて、前記ホルダ９を中立位置に復帰させる弾性体７とを備えた超音波探触子２０と超音波探傷器３０とをケーブルを介して電気的に接続し、前記送受信素子が受信する超音波の強度と時間との関係を示すグラフを表示する表示機能を備えた超音波測定器において、前記表示機能により表示されるグラフを固定するためのスイッチ６を前記超音波探触子２０に設けたことを特徴とする。【選択図】        図１
2005300286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信素子を装着したホルダが傾動自在に支持されることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記ホルダを中立位置に自動的に復帰する機能を有することを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記ホルダは少なくとも２方向に傾動自在に支持されることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記ホルダは上下動自在に支持され、下方に付勢されることを特徴とする請求項１，２又は３記載の超音波探触子。
【請求項５】
送受信素子を装着すると共に該送受信素子と先端部との空隙に超音波伝導率の良い液体を封入したホルダと、
前記ホルダを固定し、両側に首振り固定軸が突出された首振り治具と、
前記首振り固定軸が回動自在に装着されるアーム部を有し、前記首振り治具を傾動自在に支持するスライダと、
前記スライダを上下スライド機構を介して上下動自在且つ下向きに付勢して支持する垂直固定治具と、
前記首振り治具と前記アーム部との間に介装されて、前記ホルダを中立位置に復帰させる弾性体とを備えたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
請求項１，２，３，４又は５記載の超音波探触子を用いた超音波測定器であって、前記送受信素子が受信する超音波の強度と時間との関係を示すグラフを表示する表示機能を備えた超音波測定器において、前記表示機能により表示されるグラフを固定するためのスイッチを前記超音波探触子に設けたことを特徴とする超音波測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子及び超音波測定器に関し、特に、表面に錆、塗装膜のような付着物が付着して凹凸面が形成されている鋼板等の物体の厚みを高精度に測定することができるよう改良したものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼板は、表面塗装されて用いられる。その表面塗装層が浸食されて鋼板部分が腐食する。そのような腐食の程度は全体の厚みの測定により知られ得る。そのように厚みを測定する測定器を、図５に示す（特許文献１）。
図５に示すように、鋼板１２１の表面に、超音波探触子１１０の下端が接触させられている。
【０００３】
超音波探触子１１０は、円筒状ホルダー１０２の上端部に、円筒状の送受信素子１０５を嵌合させ、円筒状ホルダ１０２の円錐状空間内に超音波の伝導率が高い液体（水）１０６を封入してその下端部をシール膜１１３で密封したものである。
鋼板１２１は、鋼板本体１２２と、鋼板本体１２２の両面上下面に施されている塗装膜１２３，１２３とを備えている。
鋼板１２１は、上面側塗装膜が浸食されて鋼板本体１２２の上面側が部分的に凹状に腐食して、その腐食部分に錆が発生して、錆層１２４が形成されている。
【０００４】
送受信素子１０５から発射される超音波パルスは、鋼板１２１の表面近傍の点状領域に集中する。
鋼板１２１の表面近傍に集中する超音波は、図５に実線で示すように、錆層１２４を通過して、鋼板本体１２２と下側塗装膜１２３との境界面鋼板本体の底面で反射して、鋼板本体１２２の中を伝播し、更に、錆層１２４を透過して受信面に入射するエコーＢ１として跳ね返る。
【０００５】
また、錆層１２４を通過して、鋼板本体１２２と下側塗装膜１２３との境界面で反射して、鋼板本体１２２の中を伝播し、更に、錆層１２４の底面で反射して、図５に破線で示すように、三度び鋼板本体１２２の中を伝播し、鋼板本体１２２の底面で再度反射して四度び鋼板本体１２２の中を伝播し、錆層１２４を透過して受信面に入射するエコーＢ２として跳ね返る。
【０００６】
エコーＢ１が鋼板本体中を通過する時間がｔで表されれば、エコーＢ２が鋼板本体中を通過する時間はよい精度で２ｔである。エコーＢ１が鋼板本体の中を伝播する時間とエコーＢ２が鋼板本体の中を伝播する時間との差は、ｔである。ｔが分かれば、鋼板本体中の超音波の伝播速度をｖとすれば、腐食した部分の鋼板本体１２２の厚みは、ｖｔである。
エコーＢ１，Ｂ２の測定結果を図６に示す。図６に示されるスペクトラムは、横軸が超音波パルスの伝播時間（或いはこれを距離に換算した換算距離）であり、縦軸が受信超音波の強度である。その強度はリニア或いは対数値である。
【特許文献１】特開２００１−３０９４７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
超音波探触子１１０を鋼板１２１の表面に垂直に接触させることができれば、送受信素子１０５と測定対象物体の凹凸表面との間で往復する表面反射パルスが一定となって高精度の測定が可能となる。
しかし、鋼板１２１の表面の凹凸部を測定する場合には、超音波探触子１１０が凹凸部に垂直に安定せず、そのため測定した波形が不安定となり、測定に時間を要するという問題があった。
つまり、超音波探触子１１０が鋼板１２１の表面に対し斜めになると、誤差要因となるのである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
斯かる目的を達成する本発明の請求項１に係る超音波探触子は、送受信素子を装着したホルダが傾動自在に支持されることを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成する本発明の請求項２に係る超音波探触子は、請求項１において、前記ホルダを中立位置に自動的に復帰する機能を有することを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成する本発明の請求項３に係る超音波探触子は、請求項１又は２において、前記ホルダが少なくとも２方向に傾動自在に支持されることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成する本発明の請求項４に係る超音波探触子は、請求項１，２又は３において、前記ホルダが上下動自在に支持され、下方に付勢されることを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成する本発明の請求項５に係る超音波探触子は、送受信素子を装着すると共に該送受信素子と先端部との空隙に超音波伝導率の良い液体を封入したホルダと、前記ホルダを固定し、両側に首振り固定軸が突出された首振り治具と、前記首振り固定軸が回動自在に装着されるアーム部を有し、前記首振り治具を傾動自在に支持するスライダと、前記スライダを上下スライド機構を介して上下動自在且つ下向きに付勢して支持する垂直固定治具と、前記首振り治具と前記アーム部との間に介装されて、前記ホルダを中立位置に復帰させる弾性体とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成する本発明の請求項６に係る超音波測定器は、請求項１，２，３，４又は５記載の超音波探触子を用いた超音波測定器であって、前記送受信素子が受信する超音波の強度と時間との関係を示すグラフを表示する表示機能を備えた超音波測定器において、前記表示機能により表示されるグラフを固定するためのスイッチを前記超音波探触子に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に係る超音波探触子は、送受信素子を装着したホルダが傾動自在に支持されるため、腐食を有する鋼板等凹凸のある測定対象物にホルダを接触させれば、ホルダは凹凸に対して常に垂直になるように微動するので、測定対象物の板厚を信頼性高く測定することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に係る超音波探触子は、ホルダを中立位置に自動的に復帰する機能を有するため，測定対象物からホルダを離すと、ホルダは傾動した位置から中立位置に自動的に復帰することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に係る超音波探触子は、送受信素子を装着したホルダが少なくとも２方向に傾動自在であるため、あらゆる方向に傾動することが可能となり、どのような凹凸に対しても常に垂直になるようにホルダは微動するので、測定対象物の板厚を信頼性高く測定することができる。
【００１７】
本発明の請求項４に係る超音波探触子は、送受信素子を装着したホルダが上下動して凹凸を有する測定対象物に付勢されるので、安定した接触を維持するすることができる。
【００１８】
本発明の請求項５に係る超音波探触子は、送受信素子を装着するホルダを凹凸のある測定対象物に接触させれば、垂直固定治具に対してスライダが測定対象物に付勢させられながら上下動して安定した接触が保たれると共に、このホルダを固定した首振り治具がスライダに対して傾動することにより、ホルダが常に凹凸に対して垂直となるように微動し、その後、ホルダを測定対象物から離すと首振り治具とスライダのアーム部との間に介装された弾性体により常に中立位置に復元することとなる。
【００１９】
本発明の請求項６に係る超音波測定器は、超音波探触子を作業者が片手で操作しながら、超音波探触子に設けたスイッチを操作することにより、簡単に送受信素子が受信する超音波の強度と時間との関係を示すグラフを固定することができ、良好な波形を補足できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態は、以下に示す実施例１及び実施例２である。
【実施例１】
【００２１】
本発明の第１の実施例に係る超音波探触子を図１〜図３に示す。
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第１の実施例に係る超音波探触子の平面図、正面図、側面図である。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ線断面図である。図３（ａ）（ｂ）は、図２（ａ）中のＤ−Ｄ，Ｅ−Ｅ線断面図である。
【００２２】
図１〜図３に示すように、センサ垂直固定治具１には上下スライド機構２を介してスライダ３が上下動自在に支持され、上下スライド機構２には、スライダ３を下向きに付勢する構造を内蔵している。
センサ垂直固定治具１は、作業者により片手で把持される部分であり、例えば、図４に示す第２の実施例のように、手元スイッチ６を設けても良い。
また、センサ垂直固定治具１、スライダ３にはそれぞれスライド停止構造１ａ，３ｃが設けられ、相互に係合することで上下スライド機構２の上下動を制限するようになっている。
【００２３】
スライダ３には二つのアーム部３ａが水平に設けられ、これらアーム部３ａに首振り固定軸４を介して首振り固定治具５が前後に傾動自在（約±５度）に支持されている。
即ち、首振り固定治具５には左右両側に首振り固定軸４が突出され、これら首振り固定軸４がアーム部３ａを貫通することにより傾動自在に支持され、首振り固定軸４の両側におけるアーム部３ａにはスプリング固定部３ｂがそれぞれ設けられ、また、首振り固定治具５の左右両側に二つづつスプリング固定部５ａがそれぞれ設けられ、これらスプリング固定部３ｂ，５ａの間に合計４本のスプリング７（弾性体）が介装されている。
これらのスプリング７は、同程度の弾性を有しており、首振り固定治具５を垂直下方（中立位置）に相互に押し付けあう。
【００２４】
従って、首振り固定治具５は首振り固定軸４を中心として、前後に傾動することができるが、何れかの方向に傾いたとしても垂直下方へ復帰させる機能を発揮することになる。
首振り固定治具５には、送受信素子８を装着したホルダ９が上下に貫通して保持され、ホルダ固定ネジ１１で固定されている。
ホルダ９は円筒状をなすと共にその上端には円柱状の送受信素子８がＯリング１０を介して水密に嵌合しており、固定ビス１２で固定されている。
【００２５】
ホルダ９の下部は、超音波の伝導率の高い液体（水）の充填された円錐状チャンバーとなっており、注水口封鎖ビス９ａと先端のシール膜１３で密封されている。
従って、送受信素子８から発信された超音波は、チャンバ−内を通過して測定対象物で反射し、戻ってきた超音波がチャンバ−内を通過して送受信素子８で受信されることになる。
【００２６】
上記構成を有する本実施例の超音波探触子によると、ホルダ９を測定対象物の表面に押し付けると、表面の凹凸に応じて、送受信素子８、ホルダ９、首振り治具５及びスライダ３が、上下スライド機構２によって下向きに測定対象物に付勢されながら垂直固定治具１に対して上下動すると同時に、首振り固定軸４を中心として送受信素子８、ホルダ９及び首振り治具５が前後に傾動することにより、表面の凹凸に対して常に垂直を保つように微動することになる。
そのため、送受信素子８と測定対象物体の凹凸表面との間で往復する表面反射パルスが一定となって高精度の測定が可能となる。また、測定した波形が安定となるため、誤差要因がなくなり、短時間で測定できるという効果も奏する。
【００２７】
上記実施例では、首振り治具５が傾動する方向は一方向であったが、これに限るものではなく、２方向以上に傾動させるようすれば、あらゆる方向に傾動することが可能となり、どのような凹凸に対しても常に垂直になるように首振り治具５は微動するので、測定対象物の板厚を信頼性高く測定することができる。
また、首振り治具５の傾動の範囲も±５度に限るものではなく、凹凸の大きさに対応して更に大きく傾動させても良い。
【実施例２】
【００２８】
本発明の第２の実施例に係る超音波測定器を図４に示す。
図４は、本発明の第２の実施例に係る超音波測定器の概観図である。
本実施例は、上述した第１の実施例に係る超音波探触子２０と超音波探傷器３０とをケーブルで電気的に接続したものである。
【００２９】
超音波探傷器３０には、超音波探触子２０で測定された測定結果を、横軸を超音波パルスの伝播時間（或いはこれを距離に換算した換算距離）とし、縦軸を受信超音波の強度（リニア或いは対数値）として画面にグラフとして表示する表示機能を有している。
この表示機能は、従来技術で述べたように、鋼板を透過して反射するエコーＢ１，Ｂ２を表示する場合には、例えば、図６に示すスペクトラムを表示するものであり、Ｂ１，Ｂ２ゲートを設定する機能を含む。
【００３０】
Ｂ１，Ｂ２ゲートとは、横軸に一定の時間幅を持つゲートを言い、このゲートの時間幅に含まれるピークをエコーＢ１，Ｂ２として検出する。ピークはＢ１，Ｂ２ゲートを超える必要はなく、Ｂ１，Ｂ２ゲートの高さには意味がない。
ここで、鋼板の厚さに応じて、エコーＢ１，Ｂ２として検出されるべき横軸の位置が変化するので、Ｂ１，Ｂ２ゲートは横軸に沿って移動させ、Ｂ１，Ｂ２ゲートの時間幅も変えられるようになっている。
【００３１】
更に、図６に示すように、測定結果はリアルタイム（破線で示す）で流れるが、その波形を固定する機能をも有する。ここにいう「固定」とは、画面上において測定結果が消えないように残すことを意味する。
そして、固定された波形が、リアルタイムで流れる測定結果のうちピーク値の最大となるとき（実線で示す）であれば、最もエコーＢ１，Ｂ２として適切であり、誤差も少なく良好な波形を捕捉したことになる。
【００３２】
しかし、上述したように波形を固定するためのスイッチが超音波探傷器３０に設けられていると、片手で超音波探触子２０を操作しながら、超音波探傷器３０で探傷波形を見て波形を固定するスイッチを操作しなければならず、一人作業では測定時に手ぶれを生じたり、測定誤差を生じやすかった。
【００３３】
そこで、本実施例では、上記表示機能において波形を固定するためのスイッチ６を超音波探触子２０に設けたものである。
これにより、本実施例では、片手で超音波探触子２０を操作しながら、簡単にスイッチ６を操作することができるため、一人作業の測定でも手ぶれを生じることがなく、精度の良い測定が可能となる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、超音波探触子及び超音波測定器に関し、特に、表面に錆、塗装膜のような付着物が付着して凹凸面が形成されている鋼板等の物体の厚みを高精度に測定する分野に広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第１の実施例に係る超音波探触子の平面図、正面図、側面図である。
【図２】図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ線断面図である。
【図３】図３（ａ）（ｂ）は、図２（ａ）中のＤ−Ｄ，Ｅ−Ｅ線断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施例に係る超音波測定器の概観図である。
【図５】従来技術に係る厚みを測定する測定器の概略図である。
【図６】エコーＢ１，Ｂ２の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１  センサ垂直固定治具
２  上下スライド機構
３  スライダ
４  首振り固定軸
５  首振り固定治具
６  手元スイッチ
７  スプリング
８  送受信素子
９  ホルダ
１０  Ｏリング
１１  ホルダー固定ネジ
２０  超音波探触子
３０  超音波探傷器
【図１】
2005300286.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005300286.tif 000006
【図５】
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【図６】
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